- 金属的腐蚀和防护
- 共3685题
（8分）中国科学院长春应用化学研究所在甲醇燃料电池技术方面获得新突破，甲醇燃料电池的工作原理如图所示。
（1）请写出c口通入的物质发生的相应电极反应式 。
（2）工作一段时间后，当0.2 mol甲醇完全反应生成CO2时，有 NA个电子转移。
（3）以上述电池做电源，用下图所示装置，在实验室中模拟铝制品表面“钝化”处理的过程中，发现Al电极附近逐渐变浑浊并有气泡逸出，原因是（用相关的电极反应式表示）：
① ②Al3++3HCO3- =Al(OH)3↓+3CO2↑
正确答案
（1）O2+4e-+4H+=2H2O （3分） （2） 1.2（3分）
（3）①Al-3e-=Al3+（2分）
（1）原电池中阳离子向正极移动，所以根据氢离子的移动方向可知，c是正极，通入的是氧气，所以电极反应式为O2+4e-+4H+=2H2O 。
（2）甲醇碳原子的化合价是－2价，所以1mol甲醇失去（4＋2）mol，因此当0.2 mol甲醇完全反应生成CO2时，有1.2NA个电子转移。
（3）因为铝和电源的正极相连，作阳极，失去电子，生成铝离子，反应式为Al-3e-=Al3+。铝离子和碳酸氢钠反应生成氢氧化铝沉淀和CO2气体。
锂离子电池的应用很广，其正极材料可再生利用。某锂离子电池正极材料有钴酸锂（LiCoO2）、导电剂乙炔黑和铝箔等。充电时，该锂离子电池负极发生的反应为6C+xLi++xe- = LixC6。现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某些金属资源（部分条件未给出）。
回答下列问题：
（1）LiCoO2中，Co元素的化合价为 。
（2）写出“正极碱浸”中发生反应的离子方程式 。
（3）“酸浸”一般在80℃下进行，写出该步骤中发生的所有氧化还原反应的化学方程式 ；可用盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液，但缺点是 。
（4）写出“沉钴”过程中发生反应的化学方程式 。
（5）充放电过程中，发生LiCoO2与Li1-xCoO2之间的转化，写出放电时电池反应方程式 。
（6）上述工艺中，“放电处理”有利于锂在正极的回收，其原因是 。在整个回收工艺中，可回收到的金属化合物有 （填化学式）。
正确答案
（1）+3
（2）2Al + 2OH- + 6H2O = 2Al(OH)- 4 + 3H2↑
（3）2LiCoO2 + 3H2SO4 + H2O2
2H2O2
（4）CoSO4 + 2NH4HCO3 = CoCO3 ↓+ (NH4)2SO4 +CO2↑+ H2O
（5） Li1-xCoO2 + LixC6 = LiCoO2 + 6C
（6）Li+从负极中脱出，经由电解质向正极移动并进入正极材料中
Al(OH)3、CoCO3、Li2SO4
以工艺流程为背景考查化学反应原理中的电化学知识，包括电极反应式的书写、氧化还原反应，综合性较强。
（1）根据化合价代数和为0的原则，LiCoO2中Li为+1价，O为-2价，iCo元素的化合价为+3。
（2）根据工艺流程和相关产物可知，锂离子电池正极材料中只有铝箔与氢氧化钠反应，发生反应的离子方程式2Al + 2OH- + 6H2O = 2Al(OH)- 4 + 3H2↑。
（3）根据“酸浸”的反应物和反应条件，发生的所有氧化还原反应的化学方程式为；2LiCoO2 + 3H2SO4 + H2O2
（4）根据“沉钴”过程中反应物和产物，发生反应的化学方程式CoSO4 + 2NH4HCO3 = CoCO3 ↓+ (NH4)2SO4 +CO2↑+ H2O。
（5）充放电过程中，发生LiCoO2与Li1-xCoO2之间的转化，放电时负极发生的反应为LixC6-xe-=6C+xLi+，正极Li1-xCoO2 + xe- = LiCoO2 + xLi+，电池总反应方程式Li1-xCoO2 + LixC6 = LiCoO2 + 6C。
（6）进行放电处理时，Li+从负极中脱出，经由电解质向正极移动并进入正极材料中，有利于锂在正极的回收。根据整个工艺流程的化学反应原理，可回收到的金属化合物有Al(OH)3、CoCO3、Li2SO4三种。
【考点定位】工艺流程、电化学、离子方程式
全世界每年被腐蚀损耗的钢铁量非常惊人，在潮湿空气中发生吸氧腐蚀是钢铁腐蚀的主要原因。
（1）在潮湿空气中，钢铁发生吸氧腐蚀时的负极反应的电极反应式为 。
（2）已知草酸（H2C2O4）分解的化学方程式为：H2C2O4CO↑ + CO2↑ + H2O，下列装置中，可用作草酸分解制取气体的是 （填答案编号）。
（3）某实验小组为测定铁锈样品的组成（假定铁锈中只有Fe2O3·nH2O和Fe两种成份），利用草酸分解产生的CO和铁锈反应，实验装置如下图所示。
①为得到干燥、纯净的CO气体，洗气瓶A、B中盛放的液态试剂依次可能是 、 （填答案编号）。
a. 浓硫酸 b.澄清的石灰水 c. 氢氧化钠溶液 d. 无水氯化钙
②E装置的作用是 ，
上述装置最后尾气处理的方法是 。
③准确称量样品的质量10.00g置于硬质玻璃管中，充分反应后冷却、称量（假设每步均完全反应），硬质玻璃管中剩余固体质量为8.32 g，D中浓硫酸增重0.72 g，则n = 。
④在本实验中，下列情况会使测定结果n偏大的是 （填答案编号）。
a．缺少装置B b．缺少装置E c．反应后的固体中有少量Fe2O3·nH2O
正确答案
（14分）（1）Fe-2e-==Fe2+ （2分） （2）d （2分） （3）①c，a（2分）
②防止空气中的CO2和H2O进入体系，影响实验结果，（2分） 点燃（2分）③2 （2分） ④ab（2分）
试题分析：（1）在潮湿空气中，钢铁发生吸氧腐蚀时，铁是负极，失去电子，则负极反应的电极反应式为Fe-2e-==Fe2+。
（2）醋酸是液体，a不正确。反应需要加热，则bc不正确，所以正确的答案选d。
（3）①由于生成的CO中混有CO2，所以必须首先除去CO2，最后在通过浓硫酸干燥，答案选ca。
②由于空气中也含有水蒸气和CO2，所以E装置的作用是防止空气中的CO2和H2O进入体系，影响实验结果。CO属于可燃性气体，所以最后尾气处理的方法是点燃。
③D中浓硫酸增重0.72 g，则生成的水是0.72g，物质的量是0.04mol。硬质玻璃管中剩余固体质量为8.32 g，所以固体减少的质量是10.00g－8.32g＝1.68g，所以与铁结合的氧原子的质量是1.68g－0.72g＝0.96g，物质的量是0.06mol，因此氧化铁的物质的量是0.02mol，则0.02nmol＝0.04mol，解得n＝2。
④如果少装置B，则D中增加的质量偏高，所以测定结果偏高。同样分析可知，如果缺少E装置，D中增加的质量偏高，所以测定结果偏高。如果反应后的固体中有少量Fe2O3·nH2O，则D中增加的质量减少，测定结果偏低，答案选ab。
点评：该题是高考中的常见题型，难度大，对学生的要求高。试题在注重对基础知识巩固和训练的同时，侧重对硝酸能力的培养和解题方法的指导与训练，有利于培养学生规范严谨的实验设计能力以及评价能力。该类试题主要是以常见仪器的选用、实验基本操作为中心，通过是什么、为什么和怎样做重点考查实验基本操作的规范性和准确性及灵活运用知识解决实际问题的能力。
（8分）铅蓄电池是最常见的二次电池，它是由两组平行排列的栅状铅合金极板作为主架，正极板上覆盖PbO2，负极板上覆盖Pb,电解质是硫酸。电池总反应式为：
Pb＋PbO2＋4H＋＋2SO42－
请回答下列问题：
（1）放电时：正极的电极反应式是__________________________；电解液中H2SO4的浓度将变____________；当外电路通过1 mol电子时，理论上负极板的质量增加______________g。
（2）在完全放电耗尽PbO2和Pb时，若按下图连接，电解一段时间后，则在A电极上生成____________、在B电极上生成____________，此时铅蓄电池的正负极的极性将____ _____。
正确答案
（1）PbO2 + 4H+ + SO42－ + 2e－＝ PbSO4 + 2H2O （2分）小（1分） 48（2分）
（2）Pb PbO2 对换（各1分）
（1）放电相当于原电池，正极是得到电子的。所以根据总的方程式可知，正极反应式是PbO2 + 4H+ + SO42－ + 2e－＝ PbSO4 + 2H2O。根据总反应的方程式可知，放电是消耗硫酸的，因此硫酸的浓度是降低的；负极方程式是Pb+ SO42－－ 2e－＝ PbSO4，所以外电路通过1 mol电子时，理论上负极板的质量增加0.5mol×96g/mol＝48g。
（2）根据装置图可知，铅和电源的正极相连，作阳极，失去电子。而二氧化铅和电源的负极相连，作阴极，得到电子。所以A电极上生铅，B电极生成二氧化铅，因此此时铅蓄电池的正负极的极性将对换。
(10分)下列所示的装置中A为Zn，B为Cu，C、D均为碳棒。
则(1)A发生了____反应(填氧化或还原)．C为____极。
(2)D极周围溶液中的现象____________________________________
原因是__________________________________________
(3)当A电极上的金属质量减少1.3g，则C电极上产生气体在标准状况下的体积为_________________________L。
正确答案
（1）阳（1分） 氧化（1分）（2）溶液变红（2分）由于H＋放电，水
的电离平衡发生移动，使D极周围的溶液中pH＞7，溶液显碱性，使酚酞变红。（3分）
（3）0.448（3分）
（1）根据装置特点可知，左侧是原电池，右侧是电解池。锌比铜活泼，所以锌是负极，失去电子，发生氧化反应。铜是正极，溶液中的氢离子在正极得到电子。C接电源的正极，因此C是阳极。
（2）D是阴极，溶液中的氢离子在阴极放电，生成氢气。由于H＋放电，水的电离平衡发生移动，使D极周围的溶液中pH＞7，溶液显碱性，使酚酞变红。
（3）A是锌失去电子，则转移电子是1.3g÷65g/mol×2＝0.04mol。C是氯离子放电，产生氯气。根据电子得失守恒可知，生成氯气是0.02mol，标准状况下的体积是0.02mol×22.4L/mol＝0.448L。
（1）（4分）下列物质中，与CH2 =CHCH2OH属于同系物的有 ，与CH2 =CHCH2OH互为同分异构体的是 （填序号）
(2)（6分）某研究小组对铁生锈进行研究：
经过较长时间后，甲同学观察到的现象是： 上图中的铁钉最容易生锈的是 （填字母），铁锈的主要成分是
②根据实验条件判断，在铁钉的锈蚀过程中，正极的电极反应为
正确答案
（1）（4分）C DE
(2)（6分）①A， Fe2O3（或 Fe2O3· xH2O） ②O2＋2 H2O＋4e－＝ 4 OH－
（1）结构相似，分子组成相差若干个CH2原子团的同一类有机物的，互称为同系物，所以C正确。分子式相同结构不同的化合物互为同分异构体，，因此DE正确。
（2）①B中植物油可以隔绝空气，C中碱石灰可以吸收空气中水和CO2，所以最容易腐蚀的是A。铁锈的主要成分是Fe2O3（或 Fe2O3· xH2O）
②原电池负极失去电子，正极得到电子，由于溶液的酸性很弱，所以发生的是吸氧腐蚀，正极反应式为O2＋2 H2O＋4e－＝ 4 OH－。
（1）金属的腐蚀分为：
A．化学腐蚀 B．电化学析氢腐蚀 C．电化学吸氧腐蚀
请指出下列情况下，金属发生的主要腐蚀类别
（2）黄金是惰性金属，金光灿烂，在空气中永不腐蚀．但是我们在城市里到处都看到“金字招牌”上红棕色的锈迹斑斑，失去了华贵的色彩．试用原电池原理解释“金字招牌”失去光彩的原因，并请提出防止“金字招牌”生锈的至少一种可行的方案．
正确答案
（1）钢铁管在输送石油的过程中，石油属于非电解质，不能构成原电池装置，金属铁的腐蚀属于化学腐蚀；镀锌水管（表层部分受损）后形成原电池，金属锌为负极，发生失电子的氧化反应，属于电化学腐蚀中的吸氧腐蚀（pH=6～8的电解质环境）；镀锡铁桶（表层部分受损）露置在酸雨中，金属铁、锡和酸液形成原电池，金属铁为负极，发生的是电化学的析氢腐蚀；盛有食盐水的铜火锅（碳合金），会形成原电池，金属铜为负极，发生电化学吸氧腐蚀；铜银合金浸泡在稀硫酸中，金属铜为负极，发生析氢腐蚀，故答案为：A、C、B、C、C；
（2）“金字招牌”是金属铁和其他金属制成的合金，在空气中发生吸氧腐蚀，负极反应为：Fe-2e-=Fe2+，正极上是氧气得电子的过程，电极反应为：O2+4e-+2H2O=4OH-，总反应为：2Fe+O2+2H2O=2Fe（OH）2，氢氧化亚铁不稳定，易被氧化为氢氧化铁，即4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3，氢氧化铁可以分解为氧化铁，是铁锈的主要成分，即2Fe（OH）3=Fe2O3•xH2O+（3-x）H2O，要防止“金字招牌”生锈，可以使其和金属锌连接或是和电源的负极连接即可，故答案为：
．
钢铁发生腐蚀时，正极上发生的反应为（ ）
正确答案
钢铁发生的腐蚀为吸氧腐蚀，负极上金属铁失电子，发生氧化反应，正极上氧气得到电子，发生还原反应，电极反应为：2H2O+O2+4e-=4OH-．
故选C．
在如右图所示的实验装置中，E为一张淀粉、碘化钾和酚酞混合溶液润湿的滤纸，C、D为夹在滤纸两端的铂夹，X、Y分别为直流电源的两极。 在A、B中充满KOH溶液后倒立于盛有KOH
溶液的水槽中，再分别插入铂电极。切断电源开关S1，闭合开关S2，通直流电一段时间后，请回答下列问题：
(1)标出电源的正、负极：X为 极，Y为 极。
(2)在滤纸的C端附近，观察到的现象是 ，在滤纸的D端附近，观察到的现象是 。
（3)写出电极反应式：A中 ；B中 ；C中 ；D中 。
(4)若电解一段时间后，A、B中均有气体包围电极，此时切断开关S2，闭合开关S1，则电流计的指针是否发生偏转 （填“偏转”或“不偏转”）。
(5)若电流计指针偏转，写出有关的电极反应式（若指针不偏转，此题不必回答）：A中 ；B中 。若电流计指针不偏转，请说明理由（若指针不偏转，此题不必回答）
正确答案
⑴正极 负极 ⑵试纸变蓝 试纸变红 ⑶ 4H++4e-=2H2↑ 4OH--4e-=2H2O+O2↑ 4I--4e-=2I2 4H++4e-=2H2↑ ⑷偏转
⑸2H2+4OH--4e-=4H2O 2H2O+O2+4e-=4OH-
【错解分析】关于电化学的内容是历年高考的重要知识点之一，主要以选择题的形式出现，已成高考的必考题。考查的内容有：原电池、电解池、电镀池的电极名称及电极反应式；根据原电池、电解池的电极变化判断金属活泼性强弱；根据电解时电极变化判断电极材料或电解质种类；新型电池的电极反应及应用。其中原电池的工作原理、电解产物判断与计算是高考命题的热点。
【正解】(1)电解KOH溶液实际就是电解水，所以产物为H2和O2，因为A试管中气体体积是B试管中气体体积的2倍，所以A中为H2，B中为O2，即A为阴极，B为阳极，所以X为正极，Y为负极。(2)C与电源正极相连为阳极：2I--2e-=I2，故试纸变蓝；D与电源负极相连为阴极：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，故试纸变红。(3)A中：4H++4e-=2H2↑；B中：4OH--4e-=2H2O+O2↑；C中：4I--4e-=2I2；D中：4H++4e-=2H2↑。(4)如果切断开关S2，闭合开关S1，则A中的H2，B中的O2与KOH溶液可形成氢-氧燃料电池，把化学能转化为电能，故指针偏转。(5)A中2H2+4OH--4e-=4H2O；B中2H2O+O2+4e-=4OH-。
某课外小组同学对不同条件下铁钉的锈蚀进行了如下实验探究：
一周后观察：
（1）铁钉被腐蚀程度最大的是______（填实验序号），该实验中主要发生的是______（填“化学腐蚀”或“电化学腐蚀”），铁发生该腐蚀的条件是______．
（2）铁发生电化学腐蚀时正极的电极反应为______．
（3）为防止铁的锈蚀，工业上普遍采用的方法是______、______（答两种方法）．
正确答案
（1）①在干燥空气中难以腐蚀，②隔绝空气也难以腐蚀，③④发生电化学腐蚀，但④中电解质溶液离子浓度大，导电性强，电化学腐蚀速率快，电化学腐蚀的发生了原电池反应，从原电池的形成条件来判断：有两个活泼性不同的电极、电解质溶液、闭合回路，金属腐蚀时还有有空气，
故答案为：④；铁接触空气和电解质溶液（铁与潮湿空气接触）；
（2）反应中铁是负极，发生氧化反应，生成Fe2+，在正极上发生吸氧腐蚀，电极反应为：O2+2H2O+4e-=4OH-，故答案为：O2+2H2O+4e-=4OH-；
（3）金属的防护措施有牺牲阳极的阴极保护法、外加电流的阴极保护法，另外还有电镀、喷镀、喷油漆等方法使金属与空气、水等物质隔离，以防止金属腐蚀，故答案为：牺牲阳极的阴极保护法；外加电流的阴极保护法．
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